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Halterung für lotrechte Rohrwände Die Erfindung betrifft eine Halterung
für lotrechte, aus lotrecht verlaufenden Rohren bestehende Rohrwände von Dampferzeugern,
Rauchgaskanälen od. dgl. mit waagerechten, an die Rohre angeschweißten Verbindungseisen,
an einzelnen Rohren angeschweißten Tragvorrichtungen mit zwischen waagerechten Platten
eingeschweißter C-förmiger Tragkonsole und mit waagerechten Verstärkungsträgern,
deren, innerer Flansch von den Tragkonsolen umfaßt wird und deren Enden beweglich
mit der jeweiligen Rohrwandkante verbunden sind.
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Im Betrieb eines Dampferzeugers werden die Rohrwände durch die Verbrennungsgase
sehr stark aufgeheizt, um die Wärme an das Medium, das durch die Rohre fließt, weiterzugeben,
während die hinter den Rohren liegende Tragkonstruktion aus Profileisen meist nur
auf Raumtemperatur gebracht wird. Aus diesem Grunde sind die Verbindungen zwischen
der Rohrwand und der Tragkonstruktion während des Aufheizens und Erkaltens starken
Wärmespannungen unterworfen und werden meistens beweglich gestaltet.
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Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art wird der Verstärkungsträger
durch an ihm angeordnete Platten gehalten, die über Bolzen an dem Verstärkungsträger
angeschlossen sind, wobei in den Platten Langlöcher vorgesehen werden, so daß ein
gewisses Bewegungsspiel zwischen den Platten und den Verstärkungsträgern möglich
ist. Diese Schraubenbolzen behindern aber die freie Bewegung, da die Schraubenbolzen
ein Verklemmen der Platten bedingen, so daß bevor die Verstärkungsträger sich bewegen
oder die Rohrwand eine Bewegung ausführen kann, die fyberwindung eines gewissen
Widerstandes erforderlich ist, der zu einem schnellen Verschleiß der gesamten Konstruktion
und vor allen Dingen zu Spannungssteigerungen in den Materialien der Bauteile führen
kann. Hierbei sind in dem Verstärkungsträger Schlitze angeordnet, in denen die Bolzen
gleiten können. Während derartige Verbindungen weiterhin im allgemeinen theoretisch
genügen, sind sie für die Praxis nur dann wirklich ausreichend, wenn nur ein einziger
Bolzen Verwendung finden würde, denn vom festigkeitsmäßigen Standpunkt genügt nur
ein einziger Bolzen den statischen Anforderungen, da es im praktischen Betrieb fast
immer unmöglich ist, das Wandgewicht gleichmäßig auf mehrere Bolzen im Hinblick
auf die unterschiedlich auftretenden Ausdehnungen der einzelnen Rohrwandteile zu
verteilen. Außerdem hat die bekannte Anordnung den Nachteil, daß jeweils zwei Bohrungen
vorgesehen werden müssen, die in einem genau fluchtenden Verhältnis mit den Bohrungen
in den entsprechenden Platten stehen müssen. Dieses beeinflußt die reinen Herstellungskosten
ungünstig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halterung für
lotrechte, aus lotrecht verlaufenden Rohren bestehende Rohrwände zu schaffen, bei
der das Wandgewicht völlig und gleichmäßig auf die Träger bei sämtlichen Betriebszuständen
übertragen wird. Dabei soll die Halterung ein Kleinstmaß an Spiel zwischen den einzelnen
Bauteilen zulassen und trotzdem billig herzustellen sein, und die Werkstattarbeit
soll in der Herstellung der Halterung und der Verbindung zwischen der Rohrwand und
der Tragkonstruktion im Hinblick auf die an der Baustelle durchzuführenden Arbeiten
verringert werden, um derart einen einfachen Transport zu gewährleisten. An der
Baustelle soll außerdem der Zusammenbau auf einfache Art und Weise zu bewerkstelligen
sein.
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Zur Lösung dieses der Erfindung zugrunde liegenden Problems wird nunmehr
vorgeschlagen, daß die Enden der Verstärkungsträger über Laschen an Konsolen der
jeweiligen Rohrwandkante aasgelenkt sind. Durch diese Maßnahme wird eine wesentlich
sichere und einfachere Halterung der Verstärkungseisen an den Rohrwandkanten erreicht,
als sie bisher bei den bekannten Halterungen möglich war. Hierdurch werden in einfachster
Weise die bei Erwärmung zwischen Rohrwand und Verstärkungseisen auftretenden Dehnungen
ausgeglichen, ohne daß wesentliche Abnutzungen von Bolzen und Löchern zu befürchten
sind.
An Stelle der schwierig durchzuführenden Langlochbohrungen
werden gemäß der Erfindung einfache Rundbohrungen verwendet, so daß zusammenfassend
festgestellt werden kann, daß durch die erfindungsgemäße Einrichtung gegenüber bisher
bestehenden Konstruktionen ein erheblicher Fortschritt erreicht wird.
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Außerdem können die Laschen so angelenkt sein, daß sie in kaltem und
heißem Zustand zu einer Mittellage vertikal zu dem Verstärkungsträger gleich weit
nach beiden Seiten ausschwenken. Beim Aufbau der Rohrwand kann der Bolzen des mit
der Rohrwand verbundenen Gelenkes gegenüber dem mit dem Träger verbundenen Gelenk
im Verhältnis von 0,4 bis 0,7 des zu erwartenden Gelenkausschlages versetzt sein,
so daß die Bolzen der Gelenke zueinander in kaltem und heißem Zustand spiegelbildlich
die gleiche Lage einnehmen.
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Wird die erfindungsgemäße Halterung bei sogenannten Membranrohrwänd'en
verwendet, bei der die einzelnen Rohre durch Schweißung miteinander verbunden sind,
so kann ein Gußeckstück Verwendung finden, das an den Eckrohren angeschweißt wird
und an dem Rohrwandgelenk befestigt ist. Bei der Aufheizung der Rohrwand geht dann
das Gelenk aus seiner ursprünglichen Stellung über eine Totpunktlage in die Heißlagenstellung,
die spiegelbildlich der Stellung im kalten Zustande entspricht, wie es in der vorher
beschriebenen Anordnung der Fall war.
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Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
vereinfacht dar. Es zeigt Abb. 1 einen Querschnitt durch eine Rohrwand, Abb. 2 einen
vergrößerten Teilquerschnitt der linken Ecke in Abb. 1, Abb. 3 einen Längsschnitt
entlang der Linie 1-I in Abb. 1, Abb. 4 eine perspektivische Ansicht der in Abb.
2 dargestellten Rohrwandecke, Abb.5 eine schematische Ansicht des Gegenstandes der
Erfindung beim Ausdehnen einer Rohrwand vom kalten zum heißen Zustand, Abb. 6 ein
anderes Ausführungsbeispiel bei einer Membranrohrwand, Abb. 7 eine seitliche Ansicht
auf das Ende eines Trägers entlang der Linie II-II in Abb. 6, Abb. 8 einen lotrechten
Schnitt entlang der Linie 111-11I in Abb. 6 und Abb. 9 eine perspektivische Teilansicht
der aus einem Verbindungsgußstück gebildeten Ecke der Abb. 6.
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Wie aus Abb. 1 bis 4 zu entnehmen ist, besteht die dargestellte Rohrwand
aus einer Anzahl von lotrechten Rohren 10, welche die Wände 11, 12 und 13 einer
Brennkammer 14 eines Dampferzeugers bilden. Sie sind jedoch genauso geeignet, um
Rauchgas-, Heißluft- oder Heißgaskanäle zu umgeben, wobei die innere Oberfläche
der Rohre der Wärmeausstrahlung ausgesetzt ist und die Wärme aus den heißen Gasen
an die Rohre übertragen wird. Wie es bei Dampferzeugern üblich ist, werden die unteren
und oberen Enden der Rohre 10 mit dem Umlaufsystem des Dampferzeugers verbunden.
Entsprechend der Bauhöhe der Rohre, die eine beträchtliche Länge erreichen kann,
werden waagerechte Verbindungseisen 15, 16 und 17 angebracht, die die Rohre in ihrer
Lage in der Rohrwand haltern. Wie Abb.4 zeigt, sind die Verbindungseisen jeder Wand
mit den Rohren durch Schweißverbindungen 18 verbunden, und die nebeneinanderliegenden
Enden der Träger sind ihrerseits wieder an den Ecken verschweißt. Auf diese Weise
bilden die Verbindungseisen ein äußeres Band um die gesamte mit Rohren ausgekleidete
Brennkammer. Der Raum zwischen der Außenseite der Rohre und der Kesselaußenwand
wird sodann in bekannter Weise mit Schamottesteinen, Isoliermaterial od. dgl. ausgefüllt.
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Um jedes Verziehen der Rohrwand zu vermeiden, das unter anormalen
Betriebsverhältnissen eventuell auftreten kann, sind Verstärkungsträger
19, 20 und 21 aus verhältnismäßig großen, waagerecht verlaufenden 1-Trägem
mit den entsprechenden Rohrwänden 11, 12 und 13 verbunden. Da die Verstärkungsträger
19, 20 und 21 außerhalb der Rohrwände angeordnet sind, unterliegen sie nicht den
hohen Temperaturen der Wandrohre und nehmen im günstigsten Falle nur die Raumtemperatur
an. Infolgedessen werden während des Betriebes die Rohrwände 11, 12 und 13 nur verhältnismäßig
geringen Spannungen unterworfen.
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Jeder Verstärkungsträger wird durch eine Anzahl von mit Abstand zueinander
verlegten Konsolen 22 getragen, wie aus Abb. 1 und 3 zu erkennen ist. Jede Konsole
22 besteht aus einer C förmigen Platte 23 (s. Abb. 3), die lotrecht zwischen den
Tragplatten 24
und 25 befestigt ist und die ihrerseits mit den Rohren 10 verschweißt
sind. An das lotrechte Teilstück 23A jeder Konsole schließt sich oben und unten
ein Querstück 23 B und 23 C an, welches in ein abwärts bzw. aufwärts gerichtetes
Teilstück 23 D und 23 E üborgeht, wobei ein Schlitz 26 in Form eines T, das um 90°
gedreht ist, gebildet wird. Der Schlitz 26 ist dabei so groß, da.ß eine leichte
Bewegung des I-Trägers 19 nach außen, wie sie später näher beschrieben werden soll,
ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß sind die Verstärkungsträger 19, 20 und 21 mit den
Rohrwänden 11, 12 und 13 gelenkig verbunden. Wie Abb. 1 zeigt, befindet sich an
jedem Ende des Trägers 19 eine Platte 28 bzw. 29, die über die Enden des Trägers
hinausragt, und an denen die Gelenke 30 L und 30 R durch Bolzen 31
L
und 31R befestigt sind. Es soll im folgenden zur Vereinfachung nur die Konstruktion
an diesem Träger beschrieben werden, die selbstverständlich auch an den anderen
Trägern angebracht ist. Die gegenüberliegenden Enden der Gelenke 30 L und 30 R sind
an den zugehörigen Eckkonsolen 32 und 33 über die Bolzen 34 L und 34 R angelenkt.
Wie aus Abb. 4 zu ersehen ist, besteht jedes Gelenk 30L und 30R aus einem Gliederpaar
A und B, das zwischen sich die Konsolen 32 und die Platte 28 einschließt.
Die Träger 20 und 21 sind in gleicher Weise durch ähnliche Gelenkstücke
35, 36 mit den zugehörigen Rohrwänden 12 und 13 verbunden.
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Entsprechend der Darstellung in Abb. 2 liegen im kalten Zustand der
Rohrwand die Achsen der Bolzen 31 L und 34 L des Gelenkes
30 L versetzt zueinander. Dadurch ist der senkrechte Abstand L zwischen
den Gelenkbolzen gleich dem Abstand der Achsen der Gelenkbolzen mal dem Sinus des
Winkels a. Unter Bezugnahme auf Abb. 1 ist zu sehen, daß beim Ausdehnen der Wand
11 vom kalten zum warmen Zustand die Bewegung der Ecke ungefähr der Richtung der
Pfeile E folgt, wobei die Winkelverschiebung eine Resultierende der Bewegung der
benachbarten Wände 11 und 12, die die Ecke bilden, ist. Da die Wände sich verhältnismäßig
mehr ausdehnen
als die zu diesem gehörenden Träger, bewegen sich
die Gelenke, die mit der Wand verbunden sind, in Richtung eines Bogens, so daß der
Winkel a vergrößert wird. Als Ergebnis wird der senkrechte Abstand zwischen den
Verbindungsbolzen der Gelenke vergrößert. Diese Zunahme in den senkrechten Abständen
L zwischen den Achsen der Verbindungsbolzen der entsprechenden Gelenke bewirkt,
daß die zugehörigen Träger, die beweglich gegenüber den zugehörigen Rohrwänden befestigt
sind, sich etwas nach außen bewegen. Dabei ist die Größe der Bewegung gleich dem
Unterschiert der Sinusse des Winkels a in der kalten und heißen Stellung. Die Bewegung
des Trägers 19 gegenüber der Wand 11 ist in der Abb. 3 durch die Pfeile F angezeigt.
Diese leichte Bewegung des Trägers in bezug auf die Wand während der Ausdehnung
stellt sicher, daß der Träger sich in allen Betriebszuständen frei ausdehnen kann,
in keinem Fall eine Selbsthemmung in der Konsole 22 an den inneren Flanken auftritt.
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Das Maß der Versetzung der beiden Bolzen des Gelenkes kann unterschiedlich
gewählt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Verhältnis von
0,5 des zu erwartenden Gelenkausschlages zugrunde gelegt worden. Aus Fig. 5 ist
zu ersehen, daß, während sich die Wand aus ihrer kalten Lage A zur heißen Lage C
bewegt, das Gelenk 30, das in dieser Figur nur durch eine Mittellinie angedeutet
ist, sich durch eine Neutrallage B bewegt, bei welcher die Achsen der Bolzen in
gleicher Ebene liegen und der Winkel ä gleich dem Winkel ß' ist. Während sich das
Gelenk aus der Lage A in die Lage B bewegt, bewegt, wächst der Winkel
a, ebenso vergrößern sich die senkrechten Abstände L zwischen den Bolzen. Der größte
Abstand L.2 wird in der Neutrallage B erreicht. Während sich die Wand in
die heißeste Lage ausdehnt, wie es aus der Position C der Abb. 5 zu ersehen ist,
bewegt sich das Gelenk aus der Neutrallage nach links. Dabei verringert sich der
Winkel ß wieder, und auch die senkrechten Abstände zwischen den Bolzen werden kleiner.
Da nach der erfindungsgemäßen Anordnung die Gelenke in der kalten Lage so angeordnet
werden, daß das Maß der Versetzung 1:2 im Hinblick auf die zu erwartende Verschiebung
des Gelenkes ist, wird der Winkel a gleich dem Winkel ß und der senkrechte Abstand
L1 = L3 in den Grenzlagen A und C. Auf diese Weise ist die relative Lage des Trägers
zur Wand im kalten Zustand der gleiche wie im warmen Zustand.
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Abb. 6 bis 9 beziehen sich auf ein anderes Ausführungsbeispiel des
Erfindungsgegenstandes. Dabei bilden die Wände 111, 112 und 113 der Brennkammer
14 eine nicht durchlässige Membran, wobei jede Wand aus einer Reihe von mit Abstand
verlegten Rohren 110 besteht, die durch Schweißungen 110A verbunden sind. Bei einer
solchen Membranwand wären durchgehende, mit den Rohren verschweißte Träger, wie
sie in der vorhergehenden Konstruktion beschrieben worden sind, nicht brauchbar,
da infolge der unterschiedlichen Ausdehnung der Wand gegenüber einem kälteren Träger
unzulässige Spannungen in der Membran oder der Schweißung auftreten würden.
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Aus diesem Grunde wird die Halterung zwischen dem Träger und der Wand
an den Ecken durch ein Verbindungsgußstück 114 vorgenommen. Dieses ist so entworfen,
daß es die Kräfte, die auf das Ende des Trägers wirken, über eine größere Länge
der Membranwand überträgt und die Membran selbst die Kräfte weiterleitet, Wie aus
Abb. 9 zu entnehmen ist, besteht das Verbindungsgußstück 114 aus. einem Block mit
gebogenen Innenflächen 114A und 114B an denen die Eckrohre 115 und 116 (s, Abb.
6) anliegen und bei dem die Außen$ächen 114 C und 114D die rechtwinklige Eckbegrenzung
bilden. Eine Schweißung verbindet das Gußstück 114 mit den Eckrohren 115 und 116.
Entsprechend der lotrechten Lustverteilung können mehrere Gußstücke 114 an einer
Ecke angebracht werden. An diesen Gußstücken 114 ist eine Winkelplatte 117 befestigt,
die Längsschlitze besitzt, durch welche die Bolzen 118 hindurchragen. Die Längsschlitze
ermöglichen eine Längsverschiebung zwischen der Wand und der kälteren Platte. Mit
der Winkelplatte 117 ist eine Eckkonsole oder ein Zwickel 119 verschweißt,
die das Trägergelenk 120 trägt, das in allen seinen Einzelheiten den vorher beschriebenen
Gelenken gleich ist.
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Eine Anzahl von waagerecht angeordneten, mit Abstand angebrachten
klammerartigen Konsolen 121 unterstützt die dazwischenliegenden Teile des Trägers
122 an der Wand 111. Wie aus Abb. 8 zu entnehmen ist, besteht jede Konsole 121 aus
einem lotrecht angeordneten U-Eisen-Stück 123 (s. Abb. 6), dessen Flansche 123A
an den Stirnseiten mit zwei benachbarten Rohren verschweißt sind. Durch diese Anordnung
des U-Eisen-Stückes 123 wird eine gewisse Beweglichkeit im Hinblick auf die unterschiedliche
Ausdehnung der Wand 111 gegenüber den kälteren U-Eisen 123 ermöglicht. Eine lotrecht
angeordnete Platte 124 ist an der Rückseite jedes U-Eisenstückes angeschweißt, und
jede Platte 124 hat in der Nähe ihrer oberen und unteren Enden eine L-förmige Vorkragung
125 und 125A, so daß ein T-förmiger Schlitz 126 gebildet wird. In dem entstehenden
Schlitz bewegt sich der innere Flansch des T-Trägers 122. Wie bei der Anordnung
entsprechend Abb. 1 bis 5 beschrieben worden ist, ist der Schlitz 126 tief genug,
um eine Bewegung des Trägers gegenüber der Wand während der Ausdehnung und Zusammenziehung
infolge der Wärmeeinwirkung zu ermöglichen.
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Durch die beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung an den Enden der
Träger wird die Last der Wand bei allen Betriebszuständen gleichmäßig über einzelne
Bolzenverbindungen übertragen. Weiterhin wird die Errichtung der Trägerkonstruktion
an der Baustelle dadurch vereinfacht, daß nur noch die Platten 28 und 29 an den
Träger verschweißt werden müssen und dabei Bauungenauigkeiten ausgeglichen werden
können. Ein weiteres Nachrichten der Träger oder der Rohrwand ist nicht notwendig,
und trotzdem kann durch die neue Gelenkverbindung die Toleranz zwischen der Wand
und dem Träger auf ein Kleinstmaß zurückgeführt werden.